Sonda neutronowa SSNT-2

SSNT-2 należy do całej rodziny sond opracowanych przez Biuro Urządzeń Techniki Jądrowej pod koniec lat 60. i w znacznej części stosowanych do dziś [LINK]. Służy do pomiaru biologicznego równoważnika dawki od promieniowania neutronowego, głównie przy reaktorach i akceleratorach.

Cyt. za: Izotopowa aparatura przemysłowa i radiometryczna - Katalog 37R z 1969 r:

Detektorem jest scyntylator LiJ(Eu) – jodek litu aktywowany europem  – o wymiarach 4x4 mm. Umieszczono go w moderatorze - kuli z parafiny w obudowie z blachy o grubości 1 mm - celem spowolnienia neutronów prędkich, aby mogły być wykrywane przez scyntylator. Połączenie optyczne bardzo małego scyntylatora ze znacznie większym fotopowielaczem zapewnia stożkowy światłowód, wykonany z materiału zbliżonego gęstością do moderatora. 

Cyt. za: A. Piątkowski, W. Scharf, Poradnik - elektroniczne mierniki promieniowania jonizującego

Mamy tu więc odwrotną sytuację jak w SSA-1P, gdzie stożkowy światłowód dopasowuje wielki scyntylator do małego fotopowielacza. 

Moderator występował w dwóch rozmiarach, w zależności od wersji sondy:

• SSNT-1 - średnica 200 mm, waga całej sondy 5,9 kg, praca przenośna
• SSNT-2 - średnica 250 mm, waga całej sondy 9,6 kg, praca stacjonarna

Każda z sond mogła mieć też różną średnicę fotopowielacza (M12F35 i M12FS52A), co oznaczano dodatkowymi znakami, odpowiednio W32 lub W52 na korpusie. Tutaj prezentuję sondę SSNT-2W52, którą otrzymałem od Czytelnika (pozdrawiam!). Prezentowany egzemplarz (rocznik 1973) niestety nie ma moderatora, który był przechowywany osobno i montowany tylko na czas pomiarów.

Sonda mierzy promieniowanie neutronowe o energii od 10^-2 do 10^7 eV, czyli od 0,01 eV do 10 MeV. Zakres ten zawiera się więc między neutronami termicznymi (0,001-0,1 eV) a prędkimi (0,5-15 MeV) - po szczegółowe informacje odsyłam do wpisu o neutronach [LINK]. Charakterystyka energetyczna sondy przedstawia się następująco (linia ciągła): 

Na wykresie dla porównania podano względną szkodliwość biologiczną (współczynnik wagowy promieniowania, obecnie zwany współczynnikiem jakości QF) promieniowania neutronowego o poszczególnych energiach (linia przerywana).

SSNT-2 współpracuje z większością radiometrów wyposażonych we wtyk BNC-2,5, zarówno przenośnymi (RUST-1, 2 i 3), jak i stacjonarnymi (MSP-4, URL-1 i 2, URS-3). Napięcie pracy wynosi od 850 do 1400 V i podane jest w karcie badania danego egzemplarza sondy. Jeśli nie mamy karty, co niestety często się zdarza, musimy stopniowo zwiększać napięcie zaczynając od 850 V i obserwując wskazania. 

Przed pomiarem należy odczekać 5 min z włączonym wysokim napięciem dla ustabilizowania warunków pracy całego układu. Podczas prowadzenia pomiaru nie należy zbliżać się do sondy na odległość mniejszą od 0,5 m, gdyż woda zawarta w organizmie człowieka zadziała jak dodatkowy moderator i zaburzy wskazania. Niewskazana jest również obecność obiektów o większej masie w odległości bliższej niż 1,5 m. Uzyskany wynik (częstość zliczania w cps)  należy podzielić przez czułość sondy, wpisaną w karcie badania, aby uzyskać równoważnik mocy dawki.  Według instrukcji największą dokładność wskazań sonda osiąga w zakresie bardzo małych i wysokich energii, równoważnik dawki od neutronów o pośrednich energiach jest zawyżony. Mała powierzchnia scyntylatora w połączeniu z kulistym moderatorem zapewnia bardzo dobrą charakterystykę kierunkową sondy. Omawiana tutaj wersja z większym moderatorem wykazuje wyższą niezależność czułości od energii promieniowania, okupione jest to jednak znacznym zwiększeniem masy i wymiarów.

Dostępne egzemplarze zwykle nie posiadają moderatorów, które były przechowywane osobno i podłączane jedynie na czas pomiarów. Moderator taki możemy wykonać we własnym zakresie, jeśli mamy parafinę o odpowiedniej czystości. Sugeruję używać parafiny histologicznej, przeznaczonej do wykonywania preparatów mikroskopowych. Moderator do SSNT-2 ma średnicę 25 cm, co oznacza objętość 8 litrów, na którą będziemy potrzebować 6 kg parafiny. Możemy wykonać też mniejszy moderator, wówczas SSNT-2 będzie pracować jak SSNT-1. 

Sonda wymaga okresowego demontażu (raz na rok) celem wymiany wazeliny optycznej, zapewniającej styk między światłowodem a scyntylatorem. Rozkręcamy ją rękami, oczywiście po odłączeniu od radiometru.

Prace prowadzimy przy słabym oświetleniu. Po wytarciu starej wazeliny i przetarciu obu powierzchni spirytusem nakładamy niewielką ilość wazeliny na środek czoła fotopowielacza:

Następnie przykładamy światłowód i kolistymi ruchami rozprowadzamy wazelinę po fotopowielaczu, wycierając nadmiar wyciekający bokami. Potem montujemy sondę i czekamy 2-3 godziny zanim ją znowu uruchomimy. Pamiętajmy, że dostanie się światła na pracujący fotopowielacz bezpowrotnie go zniszczy! Uwaga ta dotyczy wszystkich sond scyntylacyjnych, zatem pierwszego uruchomienia lepiej dokonywać w ciemności i stopniowo zwiększać natężenie oświetlenia. Jeśli nieszczelność jest mała, gwałtownie wzrośnie bieg własny sondy, zdążymy wówczas ją wyłączyć. 

***

Sonda dostarczana była w styropianowym pudełku, pozwalającym na ułożenie przewodu bez nadmiernego zwijania. Przewidziano też miejsce na buteleczkę z wazeliną optyczną:

Na koniec przytoczę jeszcze specyfikację z cytowanego tutaj Katalogu 37R, wydanego w roku uzyskania przez sondę atestu:

Cyt. za: Izotopowa aparatura przemysłowa i radiometryczna - Katalog 37R z 1969 r:

Specyfikację podaje również tom V Katalogu automatyki i aparatury pomiarowej wydanego przez zjednoczenie "Mera" w 1968 r.

Instrukcję obsługi można pobrać ze strony Polon-Alfa:

https://www.polon-alfa.pl/sites/default/files/polon/pliki/SSNT_IU%20pol.pdf

Zastosowanie sondy w amatorskiej dozymetrii jest dość ograniczone z uwagi na rzadkie występowanie promieniowania neutronowego oraz znaczne gabaryty moderatora. SSNT-2 jest urządzeniem do użytku profesjonalnego, głównie przy reaktorach i akceleratorach. Tym niemniej, z racji małej liczby wyprodukowanych egzemplarzy i nieczęstym pojawianiem się na rynku, będzie cennym obiektem kolekcjonerskim, może posłużyć też do różnych przeróbek.